Определение сечения по нагреву. Выбор сечений проводов по нагреву

Электротехника и электрооборудование – Выбор сечения проводов по допустимому нагреву и допустимой потере напряжения

Проектные организации, разрабатывающие проект организации строительства, рассчитывают и электрические сети для электроснабжения строительной площадки, в том числе и временные.
Вместе с тем работникам стройки — строителям и монтажникам — в ряде случаев приходится на месте решать вопрос о выборе сечения проводов той или иной временной линии, не предусмотренной проектом, но необходимой для подачи электроэнергии к какому-либо строительному механизму или к временной осветительной установке.
Правильный выбор сечения проводов и кабелей имеет весьма существенное значение. Сечение проводов, с одной стороны, должно быть выбрано достаточным для того, чтобы потеря напряжения при передаче необходимой мощности не превосходила допустимых пределов и чтобы провод не перегревался под действием проходящего по нему тока; с другой стороны, сечение проводов должно быть выбрано экономно с наименьшим расходом цветного металла. Перегрев проводов током быстро приводит к выходу их из строя и перерыву в электроснабжении. Повышенная потеря напряжения и связанное с ней понижение напряжения у электроприемников ухудшает их работу; вращающий момент электродвигателей и световой поток электрических ламп резко уменьшается. Например, понижение напряжения против номинального на 10% уменьшает вращающий момент асинхронных двигателей на 19%, а световой поток ламп накаливания — на 30 %. В результате строительные механизмы не могут нормально работать, освещенность рабочих мест падает, производительность труда рабочих снижается.
Далее приводятся наиболее простые способы выбора сечения проводов и кабелей для сетей напряжением 380/220 В.
Выбор сечения проводов производят: а) по допустимому нагреву проводов током (иными словами по их пропускной способности) и б) по допустимой величине потери напряжения. Из двух величин сечения, определенных по двум указанным факторам, выбирают большее с округлением его до ближайшего стандартного сечения. При этом для воздушных линий решающим фактором оказывается, как правило, допустимая потеря напряжения, а для переносных шланговых кабельных линий, электропроводок и подземных кабельных линий небольшой протяженности определяющим признаком является их пропускная способность (по допустимому нагреву).
Поэтому выбор сечения рекомендуется для проводов воздушных линий определять сечение по допустимой потере напряжения и потом проверять по допустимому нагреву; для установочных, изолированных проводов, шланговых и других кабелей—сначала определять сечение по допустимому нагреву и затем проверять на допустимую потерю напряжения.

Выбор сечения по допустимому нагреву (по пропускной способности) проводов

По пропускной способности проводов (по допустимому их нагреву) сечение определяется или проверяется по таблицам допустимых длительных токовых нагрузок на провода и кабели, помещенным в Правилах устройства электроустановок (ПУЭ, гл. 1.3). Выдержки из этих таблиц применительно к сетям напряжением 390/220 В в условиях строительных площадок приведены в табл. 16.3.
Величина расчетного тока для линии, питающей отдельный трехфазный электродвигатель, например подвод электроэнергии к той или иной строительной машине с однодвигательным приводом, определяется по формуле
(16.1)
где /р — расчетный ток, А;
Рн — номинальная мощность электродвигателя, кВТ;
kз — коэффициент загрузки двигателя, принимаемый равным 0,85—0,9;
Ua — номинальное напряжение двигателя (380 В);
ηд— к. п. д. двигателя (принимается равным 0,85—0,92, для крановых двигателей 0,8—0,85);
cos φ— коэффициент мощности двигателя (принимается равным 0,8— 0,9, для крановых двигателей— 0,7—0,75).

Таблица 16.3
Допустимые длительные токовые нагрузки на провода и кабели, А

Примечания. 1. Допустимые токовые нагрузки стальных однопроволочных проводов: ПСО-3,5 — 26 А, ПСО-4 — 30 А, ПСО-5 — 35 А.

  1. Допустимые нагрузки кабелей с пластмассовой изоляцией, прокладываемых в земле, незначительно отличаются от указанных для кабелей с бумажной изоляцией.
  2. При прокладке 2 — 3 кабелей в общей траншее при расстоянии между кабелями 100 — 200 мм токовые нагрузки, указанные в настоящей таблице, должны уменьшаться на коэффициент: при 2 кабелях —0,9 —0,92; при 3 кабелях —0,85—0,87.
  3. Для проводов и ответвлений кабелей, питающих электроприемники, работающие в повторно-кратковременном режиме при сечении алюминиевых жил более 16 мм 2 и медных более 10 мм 2 , допустимые токовые нагрузки, указанные в таблице, повышаются умножением на коэффициент 8,75, где ПВ— продолжительность включения, %,

Большие значения величин к. п. д. и коэффициента мощности принимают для более крупных электродвигателей — порядка 30 кВт и выше.
Расчетный ток для линии, питающей электропривод строительной машины с многодвигательным электроприводом на переменном токе (например, башенные краны), приближенно определяется по аналогичной формуле:

где Рсумм — суммарная номинальная мощность всех электродвигателей машины, кВт:

Рис. 16.11. Шланговый кабель марки КРИТ:
1 — медная токоведущая жила; 2 — вулканизированная резина, 3 — обмотка тканевой лентой; 4 — заземляющая жила; 5 — изоляция жил; 6 — прорезиненная ткань; 7 — резиновая оболочка.

kс— коэффициент спроса, учитывающий разновременность работы электродвигателей машины (коэффициент спроса для одной машины), принимаемый равным 0,7—0,8.

Выбор сечения по допустимой потере напряжения

Потерей напряжения в трехфазной линии называют арифметическую разницу между линейными напряжениями в начале и в конце линии.
Норма допустимой потери напряжения при передаче электроэнергии Правилами не установлена. Установлены лишь допустимые отклонения напряжения от номинального у различных электроприемников. Так, на зажимах электродвигателей эти отклонения от номинального напряжения, как правило, должны быть не более 5%, снижение напряжения у наиболее удаленных ламп освещения промышленных предприятий и общественных зданий, а также прожекторных установок должно быть не более 2,5% номинального напряжения, а у наиболее удаленных ламп светильников наружного освещения и освещения жилых зданий — не более 5%.
Напряжения холостого хода источников питания (силовых трансформаторов и генераторов), как мы знаем, установлены более высокими, чем напряжения приемников энергии (потребителей). Так, в сетях 380/220 В у трансформаторов (или генераторов), питающих эти сети, напряжение холостого хода составляет 400/230 В. Учитывая это обстоятельство и указанные выше нормы возможного понижения напряжения у потребителей энергии, допустимую потерю напряжения от источников питания до потребителя — электроприемника в сетях 380/220 В обычно принимают в размере 5,5—6,5%.
При этом, если питание к строительному механизму подается шланговым кабелем, присоединенным к воздушной линии (см., например, рис. 16.19), то допустимую потерю напряжения обычно принимают для воздушной линии в размере 5—5,5%, а для шлангового кабеля — 0,5—1,5% (в зависимости от его длины) с тем, чтобы суммарная потеря напряжения не превышала указанных выше пределов.
Потеря напряжения в трехфазовой линии определяется формулой
(16.3)
где ΔU — потеря напряжения, В;
I — ток в линии, А;
l — длина линии, км;
r0 и x0 — активное и индуктивное сопротивление одного провода, Ом/км;
cos φ — коэффициент мощности электрической нагрузки;
sin φ — тригонометрическая функция, соответствующая по величине значению коэффициента мощности (cos φ).
Таким образом, потеря напряжения зависит как от активного, так и от индуктивного сопротивления проводов линии.
Как известно из первой части учебника, индуктивное сопротивление проводника не зависит от его материала (за исключением стали) и определяется главным образом его формой, в данном случае взаимным расположением проводов линии: чем меньше расстояние между проводами различных фаз, тем меньше их индуктивное сопротивление. Отсюда следует, что индуктивное сопротивление ВЛ составляет значительную величину, вполне сопоставимую с активным сопротивлением, и поэтому его необходимо учитывать. В кабельных же линиях и в электропроводках с малыми расстояниями между фазными жилами и проводами индуктивное сопротивление мало — много меньше активного сопротивления — и поэтому в расчете кабельных линий (шланговых и других) небольшой длины и электропроводок величиной х0 можно пренебречь, что значительно упрощает приведенную выше формулу (16.3).

Читайте также:
Обзор робота пылесоса iClebo Omega: домашний помощник с улучшенной системой навигации

Воздушные линии с алюминиевыми проводами* с силовой (электродвигатели) или смешанной нагрузкой на ее конце. Расчет потери напряжения такой линии производят по формуле (16.3). Если выражение, стоящее в этой формуле в скобках, r0 cos φ + х0 sin φ обозначить греческой буквой ζ (дзета), то можно формулу (16.3) переписать в следующем виде:
(16.4)
В табл. 16.4 приведены активные и индуктивные сопротивления голых алюминиевых проводов для воздушных линий напряжения 380/220 В, а также и вычисленные заранее для упрощения расчетов значения ζ для тех же проводов при коэффициенте мощности φ, равном 0,7; 0,8; 0,9.

Таблица 16.4
Электрические характеристики алюминиевых проводов воздушных линий напряжением 380/220 В

Примечание. Индуктивное сопротивление указано для среднего расстояния между проводами в линиях 380/220 В—600 мм.
Во многих случаях потерю напряжения удобнее определять в процентах и вести расчет не по току I, а по величине передаваемой мощности Р, кВт.
Стальные провода используют преимущественно в сетях напряжением выше 1000 В и поэтому здесь не рассматриваются.

Подставив в формулу (16.4) вместо I его выражение

после несложных преобразований получим
(16.5)
где ΔU% — потеря напряжения в процентах от номинального. Произведение Р l (передаваемая мощность, умноженная на расстояние передачи) играет большую роль в расчетах линий; оно носит название момента нагрузки и измеряется либо в кВт – км, либо при небольших расстояниях в кВт · м.
Из формулы (16.5) простым преобразованием выводится следующее основное соотношение для определения сечения проводов по допустимой потере напряжения
(16.6)
где ∆U% —потеря напряжения, %;
Р — передаваемая мощность, кВт;
l — длина линии, км;
Uн— номинальное напряжение, В.
Пользуются формулой (16.6) следующим образом. По заданной величине потери напряжения, величине передаваемой мощности Р и расстоянию передачи I находят значение двучлена, обозначаемого буквой ζ, а затем с помощью табл. 16.4 находят соответствующее ему сечение проводов.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СЕЧЕНИЯ ПРОВОДОВ ПО ДОПУСТИМОЙ ПОТЕРЕ НАПРЯЖЕНИЯ

Выбор электрического проводника по допустимому нагреву рабочим током

Для расчета сечения электрического проводника по допустимому нагреву следует рассчитать величину электрического тока, протекающего по данному проводнику. Расчетный электрический ток определяется по выражению:

Iрасч=Ррасч / (√(3 ) ∙ Uном ∙ cos⁡φ ) ,А;

– где Р расч – расчетная мощность, Вт;

– cos⁡φ – средневзвешенный коэффициент мощности.

По результатам расчетов в зависимости от напряжения и конструкции электрических проводников согласно ПУЭ, ГОСТ и технических данных завода-изготовителя выбираем сечение токопроводящей жилы и тип проводника.

Расчетный электрический ток должен быть меньше допустимого:

Iдоп ≥ Iрасч;

где I доп – допустимый ток электрического проводника выбираем из справочных данных, с учетом всех поправочных коэффициентов согласно ПУЭ;

В расчете применяем следующие коэффициенты:

0,93 – поправочный коэффициент для 4-х ,5-ти жильного кабеля (ГОСТ Р 53769-2010 «Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение 0,66; 1 и 3 кВ. Общие технические условия.»);

0,8 –поправочный коэффициент на количество проложенных работающих кабелей лежащих в земле, в трубах, или без труб (табл. ПУЭ 1.3.26).

Таблица 1.3.26. Поправочный коэффициент на количество работающих кабелей, лежащих рядом в земле (в трубах или без труб)

Расстояние между кабелями в свету, ммКоэффициент при количестве кабелей
123456
1001,000,900,850,800,780,75
2001,000,920,870,840,820,81
3001,000,930,900,870,860,85

1,15 – допустимая перегрузка кабеля в аварийном режиме (ПУЭ 1.3.6. «На период ликвидации послеаварийного режима для кабелей с полиэтиленовой изоляцией допускается перегрузка до 10 % а для кабелей с поливинилхлоридной изоляцией до 15 % номинальной на время максимумов нагрузки продолжительностью не более 6 ч в сутки в течение 5 сут, если нагрузка в остальные периоды времени этих суток не превышает номинальной.»);

Предельно допустимые температуры нагрева кабелей и проводов

Протекание электрического тока через проводник вызывает его нагревание. Количество тепла, выделяемое при протекании тока через проводник, будет пропорционально квадрату тока, сопротивлению проводника и времени протекания:

Где: Q – количество выделяемой теплоты, Дж;

I – величина протекаемого тока, А;

R – сопротивление проводника, Ом;

t – время работы;

В процессе выделения тепла температура провода или кабеля начнет превышать температуру окружающей среды. Соответственно начнется процесс отдачи тепла проводом в окружающую среду. Этот процесс будет продолжатся до наступления теплового равновесия – когда количество отдаваемого кабелем тепла в окружающую среду станет равным количеству получаемого тепла от протекания электрического тока. При этом повышение температуры провода или кабеля происходить больше не будет.

Температуру, при которой наступает тепловое равновесие, называют установившейся или номинальной. На практике довольно часто используют понятие температуры перегрева, которая равна разности температур провода и окружающей среды:

Чрезмерно высокая температура проводов и кабелей приводит к преждевременному высыханию изоляции, а у проводников без изоляции к ускоренному окислению соединительных контактов и, как следствие, ухудшению проводимости. Кроме того, перегрев сверх допустимых величин может приводить к пожарам. Поэтому в ПУЭ устанавливаются следующие допустимые максимально длительно температуры проводов и кабелей:

Читайте также:
Обустройство вентиляции из канализационных труб: сооружение воздуховодов из полимерных изделий

Температура проводника достигнет своего установившегося значения не мгновенно, а по истечению какого-то промежутка времени после включения.

Закон изменения величины нагрева проводника можно выразить следующей формулой:

Где: τуст – установившийся перегрев для определенной токовой нагрузки, 0С;

е – основание натуральных логарифмов (е = 2,71);

Т – постоянная времени нагрева, то есть это время, за которое проводник смог бы достигнуть установившегося перегрева, если бы не было отвода тепла в окружающую среду;

Соответственно после отключения проводника от сети начинается процесс его охлаждения до температуры окружающей среды. Этот процесс можно описать уравнением:

Ниже приведены графики нагрева и охлаждения τ = f(t):

Величины постоянных времени нагрева напрямую зависят от рода проводки, материала проводника, его изоляции и сечения. Постоянные времени нагрева определяют экспериментальным путем.

Приведенные выше формулы позволяют установить, через какое время перегрев проводника достигнет заданного значения.

В случае когда имеет место переменная нагрузка можно воспользоваться одним из приемов и рассматривать процесс нагрева как сумму двух процессов – нагрева от τ = 0 до τуст и охлаждения от τ0 до τ = 0, то есть:

Эта формула применима при расчете проводов и кабелей с переменными нагрузками.

Кривые перегрева для такого случая показаны ниже:

Выбор сечения электрических проводников по экономической плотности тока.

Рассчитываем, экономически целесообразное сечение определяется из соотношения:

Sэк=Iрасч / Jэк ,мм^2;

где Jэк – нормированное значение экономической плотности тока, (табл. 1.3.36 ПУЭ);

Таблица 1.3.36. Экономическая плотность тока

ПроводникиЭкономическая плотность тока, А/кв. мм, при числе часов использования максимума нагрузки в год
более 1000 до 3000более 3000 до 5000более 5000
Неизолированные провода и шины:
медные2,52,11,8
алюминиевые1,31,11,0
Кабели с бумажной и провода с резиновой и поливинилхлоридной изоляцией с жилами:
медными3,02,52,0
алюминиевыми1,61,41,2
Кабели с резиновой и пластмассовой изоляцией с жилами:
медными3,53,12,7
алюминиевыми1,91,71,6

I_расч – расчетный ток, А.

Сечение, полученное в результате указанного расчета, округляется до ближайшего стандартного сечения. Расчетный ток принимается для нормального режима работы, т.е. увеличение тока в послеаварийных и ремонтных режимах сети не учитывается.

Проверке по экономической плотности тока не подлежат проводники перечисленные в п.1.3.28 ПУЭ. «1.3.28. Проверке по экономической плотности тока не подлежат:

-сети промышленных предприятий и сооружений напряжением до 1 кВ при числе часов использования максимума нагрузки предприятий до 4000-5000;

-ответвления к отдельным электроприемникам напряжением до 1 кВ, а также осветительные сети промышленных предприятий, жилых и общественных зданий;

-сборные шины электроустановок и ошиновка в пределах открытых и закрытых распределительных устройств всех напряжений;

-проводники, идущие к резисторам, пусковым реостатам и т. п.;

-сети временных сооружений, а также устройства со сроком службы 3-5 лет.»

Законодательная база Российской Федерации

действует Редакция от 09.04.2003

  • «Вестник Госэнергонадзора», N 3, N 4, 2002
  • «Библиотека инженера по охране труда», N 1 — 2, N 4, N 6, 2003
  • М., Издательство НЦ ЭНАС, 2003

«ПРАВИЛА УСТРОЙСТВА ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК. РАЗДЕЛ 1. ОБЩИЕ ПРАВИЛА (Издание 7)» (утв. Приказом Минэнерго РФ от 08.07.2002 N 204)

Выбор сечений проводников по нагреву

1.3.2. Проводники любого назначения должны удовлетворять требованиям в отношении предельно допустимого нагрева с учетом не только нормальных, но и послеаварийных режимов, а также режимов в период ремонта и возможных неравномерностей распределения токов между линиями, секциями шин и т. п. При проверке на нагрев принимается получасовой максимум тока, наибольший из средних получасовых токов данного элемента сети.

1.3.3. При повторно-кратковременном и кратковременном режимах работы электроприемников (с общей длительностью цикла до 10 мин и длительностью рабочего периода не более 4 мин) в качестве расчетного тока для проверки сечения проводников по нагреву следует принимать ток, приведенный к длительному режиму. При этом:

1) для медных проводников сечением до 6 мм2, а для алюминиевых проводников до 10 мм2 ток принимается как для установок с длительным режимом работы;

2) для медных проводников сечением более 6 мм2, а для алюминиевых проводников более 10 мм2 ток определяется умножением допустимого длительного тока на коэффициент , где T_пв. — выраженная в относительных единицах длительность рабочего периода (продолжительность включения по отношению к продолжительности цикла).

1.3.4. Для кратковременного режима работы с длительностью включения не более 4 мин и перерывами между включениями, достаточными для охлаждения проводников до температуры окружающей среды, наибольшие допустимые токи следует определять по нормам повторно — кратковременного режима (см. 1.3.3). При длительности включения более 4 мин, а также при перерывах недостаточной длительности между включениями наибольшие допустимые токи следует определять как для установок с длительным режимом работы.

1.3.5. Для кабелей напряжением до 10 кВ с бумажной пропитанной изоляцией, несущих нагрузки меньше номинальных, может допускаться кратковременная перегрузка, указанная в табл. 1.3.1.

1.3.6. На период ликвидации послеаварийного режима для кабелей с полиэтиленовой изоляцией допускается перегрузка до 10%, а для кабелей с поливинилхлоридной изоляцией до 15% номинальной на время максимумов нагрузки продолжительностью не более 6 ч в сутки в течение 5 сут., если нагрузка в остальные периоды времени этих суток не превышает номинальной.

На период ликвидации послеаварийного режима для кабелей напряжением до 10 кВ с бумажной изоляцией допускаются перегрузки в течение 5 сут. в пределах, указанных в табл. 1.3.2.

Таблица 1.3.1.

Допустимая кратковременная перегрузка для кабелей напряжением до 10 кВ с бумажной пропитанной изоляцией

Коэффициент предварительной нагрузкиВид прокладкиДопустимая перегрузка по отношению к номинальной в течение, ч
0,51,03,0
0,6В земле1,351,301,15
В воздухе1,251,151,10
В трубах (в земле)1,201,01,0
0,8В земле1,201,151,10
В воздухе1,151,101,05
В трубах (в земле)1,101,051,00

Таблица 1.3.2.

Допустимая на период ликвидации послеаварийного режима перегрузка для кабелей напряжением до 10 кВ с бумажной изоляцией

Коэффициент предварительной нагрузкиВид прокладкиДопустимая перегрузка по отношению к номинальной при длительности максимума, ч
136
0,6В земле1,51,351,25
В воздухе1,351,251,25
В трубах (в земле)1,301,201,15
0,8В земле1,351,251,20
В воздухе1,301,251,25
В трубах (в земле)1,201,151,10
Читайте также:
Полы кнауф технология укладки

Для кабельных линий, находящихся в эксплуатации более 15 лет, перегрузки должны быть понижены на 10%.

Перегрузка кабельных линий напряжением 20-35 кВ не допускается.

1.3.7. Требования к нормальным нагрузкам и послеаварийным перегрузкам относятся к кабелям и установленным на них соединительным и концевым муфтам и концевым заделкам.

1.3.8. Нулевые рабочие проводники в четырехпроводной системе трехфазного тока должны иметь проводимость не менее 50% проводимости фазных проводников; в необходимых случаях она должна быть увеличена до 100% проводимости фазных проводников.

1.3.9. При определении допустимых длительных токов для кабелей, неизолированных и изолированных проводов и шин, а также для жестких и гибких токопроводов, проложенных в среде, температура которой существенно отличается от приведенной в 1.3.12-1.3.15 и 1.3.22, следует применять коэффициенты, приведенные в табл. 1.3.3.

Таблица 1.3.3.

Поправочные коэффициенты на токи для кабелей, неизолированных и изолированных проводов и шин в зависимости от температуры земли и воздуха

Условная температура среды, °СНормированная температура жил, °СПоправочные коэффициенты на токи при расчетной температуре среды, °С
-5 и ниже+5+10+15+20+25+30+35+40+45+50
15801,141,111,081,041,000,960,920,880,830,780,730,68
25801,241,201,171,131,091,041,000,950,900,850,800,74
25701,291,241,201,151,111,051,000,940,880,810,740,67
15651,181,141,101,051,000,950,890,840,770,710,630,55
25651,321,271,221,171,121,061,000,940,870,790,710,61
15601,201,151,121,061,000,940,880,820,750,670,570,47
25601,361,311,251,201,131,071,000,930,850,760,660,54
15551,221,171,121,071,000,930,860,790,710,610,500,36
25551,411,351,291,231,151,081,000,910,820,710,580,41
15501,251,201,141,071,000,930,840,760,660,540,37
25501,481,411,341,261,181,091,000,890,780,630,45

Определение сечения проводников по допустимой потери напряжения.

Выбор сечения электрических проводников сети по допустимой потере напряжения заключается в том, чтобы отклонения напряжения присоединенных к этой электрической сети токоприемников не выходили за пределы допустимого.

Согласно п.7.23 СП31-110-2003: отклонение напряжения от номинального на зажимах силовых электроприемников и наиболее удаленных ламп электрического освещения не должны превышать в нормальном режиме ±5 %, а предельно допустимые в послеаварийном режиме при наибольших расчетных нагрузках – ±10 %.

Потери напряжения в трехфазной линии электропередачи можно определить по формулам:

а) к кабельной линии в конце присоединена одна нагрузка:

∆U=√3 ∙ I ∙ L ∙ (Rо ∙ cos⁡φ + Xо ∙ sin⁡φ),В;

б) к линии электропередачи по ее длине присоединено несколько (n) нагрузок:

∆U=√3 ∙ ∑_0^n I ∙ L ∙ (Rо ∙ cos⁡φ + Xo ∙ sin⁡φ), В.

Где I – ток, протекающий по расчетному участку, А;

L – длина расчетного участка линии, км;

Rо и Xо – активное и индуктивное сопротивление 1 км линии, Ом/км (по справочным данным).

Пример расчета в таблице:

Выбор сечения по нагреву током короткого замыкания

Выбор термически стойкого сечения жил кабеля производят по значению установившегося тока КЗ и времени прохождения этого тока через кабель. Время определяется уставкой защиты, имеющей наибольшее время выдержки (в случае использования нескольких защит).

Определение сечения по термической стойкости производят по формуле

где — расчётный коэффициент, определяемый ограничением допустимой температуры нагрева жил кабеля (значения расчётного коэффициента, и допустимые предельные температуры нагрева кабелей при прохождении по ним тока КЗ приводятся в справочной литературе);- приведённое время действия тока К.З;- установившееся значение тока К.З.

В расчётах используют приведённое (фиктивное) время -промежуток времени, в течение которого установившийся ток К.З выделяет то же количество тепла, что и фактически проходящий ток К.З за действительное время К.З.

, где- приведённое время для периодической составляющей тока К.З;- приведённое время для апериодической составляющей тока К.З.

Выбор сечения кабеля по допустимому току (нагреву)

Научиться выбирать сечение кабеля для линий электропередач питания тяговых подстанций по допустимому току (нагреву).

Краткие теоретические сведения

Проектирование каких-либо электросетей бытового или промышленного назначения необходимо начинать с расчета подходящего сечения кабеля, от этого параметра зависит очень многое, и в первую очередь – надежность и работоспособность электросети. Насколько хорошо просчитана электросеть и насколько правильно подобранно сечение кабеля зависят потери мощности в проектируемой сети, которые бывают достаточно значительны, если неправильно выбрать сечение кабеля. Помимо этого, существует вероятность перегрева кабеля и его разрушение.

Главными критериями, которые учитываются во время проектирования и подбора сечения, это величина токовой нагрузки, напряжение сети, мощность потребителя электроэнергии. Проектирование электросети и выбор кабелей всегда начинается с определения свойств электрооборудования, которое будет находиться в этой сети и потреблять электроэнергию. Если на участке сети будет находиться несколько потребителей электричества, то для выбора сечения кабеля для данного участка их мощности складываются. После определения потребляемой мощности для каждого участка проектируемой сети, рассчитывают допустимую токовую нагрузку. Для расчета нагрузки, используется упрощенная формула, в которой находится напряжение сети и мощность потребления для данного участка сети.

После просчета токовой нагрузки и определения ее длительности, необходимо выяснить условия, при которых будет использоваться электросеть, температура и способ прокладки электрической сети (открытый или закрытый).

После того, как допустимый ток и время нагрузки просчитаны, учтены условия эксплуатации и прокладки электросети, можно начать выбор сечения кабеля. Выбор кабелей электросети осуществляется по таблицам длительного допустимого тока нагрузки, где принимается во внимание и способ прокладки кабелей. Конечно, достаточно сложно подобрать кабель, точно подходящий расчетному току нагрузки, в подобных случаях сечение кабеля всегда берут с запасом.

Читайте также:
Роскошная вилла в Беверли Хиллз

Задание

Выбрать сечение кабеля для линий электропередач питания тяговых подстанций по допустимому току (нагреву).

Проанализировать проделанную работу.

Схема питания тяговых подстанций представлена в соответствии с рисунком 1.

Рисунок 1 – Схема питания тяговых подстанций

Тяговая подстанция ТП1 питается от понижающей подстанции ПП1 по двум кабельным линиям проложенным в земле lз. Тяговая подстанция ТП2 питается от понижающей подстанции ПП2 по одной воздушной линии lв. Тяговые подстанции ТП1 и ТП2 соединены одиночным соединительным кабелем (при расчёте мощностей тяговых подстанций не учитывать).

Исходные данные для расчёта, выбираются в соответствии с последней цифрой в порядковом номере по списку, в таблице 1.

Таблица 1 – Исходные данные для расчёта

ВариантНоминальное напряжение сети Uн, кВТяговая подстанция ТП1Тяговая подстанция ТП2Длина кабельной линии в земле lз, кмДлина воздушной кабельной линии lв, кмПродолжительность использования максимума нагрузки Тм, ч/год
Количество трансформаторов n1, штПолная номинальная мощность трансформатора Sн1, кВАКоэффициент мощности соsφ1Количество трансформаторов n2, штПолная номинальная мощность трансформатора Sн2, кВАКоэффициент мощности соsφ2
0,9700,9903000-5000
0,9750,9859,5
0,9800,9801,5
0,9850,9758,5
0,9900,9702,5
0,9700,9907,5
0,9750,9853,5
0,9800,9806,5
0,9850,9754,5
0,9900,9705,5

При выборе кабелей и проводов принять:

– для не чётных вариантов температуру среды при прокладке в земле +20 0 С и расстояние между кабелями 100 мм, при прокладке в воздухе +35 0 С;

– для чётных вариантов температуру среды при прокладке в земле +25 0 С и расстояние между кабелями 200 мм, при прокладке в воздухе +30 0 С.

Порядок выполнения расчёта

Сечение проводников линий электропередачи должно быть таким, чтобы провода не перегревались при любой нагрузке в нормальном рабочем и послеаварийном режиме.

Выбор сечения проводников по нагреву сводится к сравнению расчётного тока Iр, А, с длительно допустимыми токами нагрузки Iдоп, А, для стандартных сечений с учётом марки кабеля и температурных условий

где КТ – поправочный температурный коэффициент, вводимый, если температура земли отличается от +15 0 С, а воздуха – +25 0 С (ПУЭ, издание 7, таблица 1.3.3);

КП – поправочный коэффициент на прокладку, вводимый, если количество работающих рядом кабелей больше одного, т.к. ухудшаются условия их охлаждения (ПУЭ, издание 7, таблица 1.3.26).

Расчетный ток в линии в послеаварийном режиме (работа одного кабеля) Iр, А, определяется по формуле

где Sр – расчётная полная мощность приёмника, кВА;

Uн – номинальное напряжение сети, кВ.

Расчётная полная мощность приёмника Sр, кВА, определяется по формуле

где Sнn – номинальная полная мощность n-го приёмника, кВА.

Допустимые длительные токовые нагрузки для трёхжильных кабелей, прокладываемых в земле, представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Допустимые длительные токовые нагрузки для трёхжильных кабелей, прокладываемых в земле

Сечение токоведущей жилы, мм 2Допустимые длительные токовые нагрузки для трёхжильных кабелей, прокладываемых в земле, А, при марке кабеля
С резиновой или пластмассовой изоляцией в свинцовой оболочкеС бумажной пропитанной изоляцией в свинцовой или алюминиевой оболочке
медные жилыалюминиевые жилымедные жилыалюминиевые жилы
3 кВ6 кВ10 кВ3 кВ6 кВ10 кВ3 кВ6 кВ10 кВ3 кВ6 кВ10 кВ

Допустимые длительные токовые нагрузки для голых проводов, прокладываемых вне помещений, представлены в таблице 3.

Таблица 3 – Допустимые длительные токовые нагрузки для голых проводов, прокладываемых вне помещений

Сечение токоведущей жилы, мм 2Сечение (алюминий/ сталь), мм 2Допустимые длительные токовые нагрузки для голых проводов, прокладываемых вне помещений, А, при марке провода
М (медные)А (алюминиевые)АС (сталеалюминевые)
10/1,8
16/2,7
25/4,2
35/6,2
50/8
70/11
95/16
120/19
120/27
150/19
150/24
150/34
185/24
185/29
185/43
240/32
240/39
240/56

Допустимые температуры нагрева для проводов и кабелей при нормированной температуре среды кабели представлены в таблице 4.

Таблица 4 – Допустимые температуры нагрева для проводов и кабелей при нормированной температуре среды

Нормированная температураДопустимые температуры нагрева для проводов и кабелей, 0 С, при марке
С резиновой или пластмассовой изоляцией в свинцовой оболочкеС бумажной пропитанной изоляцией в свинцовой или алюминиевой оболочкеГолые провода
3 кВ6 кВ10 кВ20 и 35 кВ
жилы+65+80+65+60+50+70
земли+15+15+15+15+15
воздуха+25+25+25+25+25+25

Поправочные коэффициенты на допустимый длительный ток в зависимости от температуры земли и воздуха кабели представлены в таблице 5.

Таблица 5 – Поправочные коэффициенты на допустимый длительный ток для кабелей, неизолированных и изолированных проводов и шин в зависимости от температуры земли и воздуха

Условная температура среды, 0 СНормированная температура жил, 0 СПоправочные коэффициенты при расчётной температуре среды 0 С
-5 и ниже+5+10+15+20+25+30+35+40+45+50
1,141,111,081,041,000,960,920,880,830,780,730,68
1,181,141,101,051,000,950,890,840,770,710,630,55
1,201,151,121,061,000,940,880,820,750,670,750,47
1,221,171,121,071,000,930,860,790,710,610,500,36
1,251,201,141,071,000,930,840,760,660,540,37
1,241,201,171,131,091,041,000,950,900,850,800,74
1,291,241,201,151,111,051,000,940,880,810,740,67
1,321,271,221,171,121,061,000,940,870,790,710,61
1,361,311,251,201,131,071,000,930,850,760,660,54
1,411,351,291,231,151,081,000,910,820,710,580,41
1,481,411,341,261,181,091,000,890,780,630,45

Поправочные коэффициенты на количество работающих кабелей, проложенных рядом в земле кабели представлены в таблице 6.

Читайте также:
Сколько в гектаре квадратных соток, метров

Таблица 6 – Поправочные коэффициенты на количество работающих кабелей, проложенных рядом в земле

Расстояние между кабелями, ммПоправочные коэффициенты при количестве кабелей
1,000,900,850,800,780,75
1,000,920,870,840,820,81
1,000,930,900,870,860,85

Пример выполнения расчёта

Исходные данные для расчёта:

– номинальное напряжение сети Uн = 10 кВ;

– количество трансформаторов ТП1 n1 = 2 шт;

– полная номинальная мощность трансформаторов ТП1 Sн1 = 1000 кВА;

– коэффициент мощности ТП1 соsφ1 = 0,900;

– количество трансформаторов ТП2 n2 = 2 шт;

– полная номинальная мощность трансформаторовТП2 Sн2 = 400 кВА;

– коэффициент мощностиТП2 соsφ2 = 0,900;

– длина кабельной линии в земле lз = 5 км;

– длина воздушной кабельной линии lв = 6 км;

– продолжительность использования максимума нагрузки Тм = 3000-5000 ч/год.

При выборе кабелей и проводов принять температуру среды при прокладке в земле +20 0 С и расстояние между кабелями 100 мм, при прокладке в воздухе +30 0 С.

Схема питания тяговых подстанций представлена в соответствии с рисунком 1.

Для кабельной линии в земле.

Расчётная полная мощность приёмника

Расчетный ток в линии в послеаварийном режиме (работа одного кабеля)

Допустимые длительные токовые нагрузки на кабели представлены в таблице 2.

Выбираем кабель АСБ 3х50, Iдоп = 140 А.

Допустимые температуры нагрева кабелей и проводов при нормированной температуре среды кабели представлены в таблице 4.

Поправочные коэффициенты на допустимый длительный ток в зависимости от температуры земли и воздуха кабели представлены в таблице 5.

При температуре земли +20 0 С, поправочный температурный коэффициент КТ = 0,94.

Поправочные коэффициенты на количество работающих кабелей, проложенных рядом в земле кабели представлены в таблице 6.

При количестве работающих кабелей, проложенных рядом в земле, равном 2 и расстоянием между кабелями 100 мм, поправочный коэффициент на прокладку КП = 0,90.

Длительно допустимый ток нагрузки с учётом коэффициентов

Для воздушной линии.

Расчётная полная мощность приёмника

Расчетный ток в линии в послеаварийном режиме (работа одного кабеля)

Допустимые длительные токовые нагрузки на голые кабели представлены в таблице 3.

Выбираем провод АС-10, Iдоп = 84 А.

При температуре воздуха +30 0 С, поправочный температурный коэффициент КТ = 0,94.

Длительно допустимый ток нагрузки с учётом коэффициентов

По результатам расчёта практической работы выбрали для кабельной линии в земле кабель АСБ 3х50, Iдоп = 140 А, для воздушной линии провод АС-10, Iдоп = 84 А.

Контрольные вопросы

1.С чего начинается проектирование электросетей?

2.Главные критерии выбора сечения кабеля.

3.Как осуществляется выбор сечения кабеля по допустимому току (нагреву)?

Выбор сечения провода по нагреву и потерям напряжения

Перед использованием таблицы расчета, просим внимательно прочитать нижеприведенные рекомендации и принципы расчетов. Будьте внимательны при внесении исходных данных и проверяйте все поля ввода и выбора данных.

Полученные результаты носят рекомендательный характер и должны быть проверены по методикам, принятым на Вашем предприятии!

В случае расхождения результатов просим сообщить комбинацию входных данных и полученные результаты для выработки общей методологии на электронный адрес mail@electromirbel.ru или miroshko@i.com.ua .

Возможности программы:

  • Подбор сечения кабеля и провода в зависимости от нагрузки (исходными данными является сила тока или мощность), от потерь напряжения и нагрева.
  • Расчет максимальной нагрузки кабеля и провода заданного сечения.
  • Расчет потерь и максимальных параметров линии.
  • Подбор автоматического выключателя для заданной нагрузки потребителя и для всей линии.

Задавать потребляемую мощность для двигателя рекомендуется только тогда, когда неизвестен потребляемый ток. Соотношения между напряжением, током и мощностью в однофазной (фаза-ноль) и двухфазной (фаза-фаза) цепях:

P = U * I * cos(φ)

в трехфазной цепи:

P = √3 * U * I * cos(φ)

Коэффициент запаса применяется для тока и является общим для расчета по тепловым нагрузкам и по потерям. 1.3 – рекомендуемое значение. Для ответственных участков он должен быть увеличен, для неответственных – может быть уменьшен. Сечение выбирается для тока с запасом, все остальные расчеты ведутся по номинальному току.

Если количество одновременно нагруженных проводников , проложенных в трубах , кабельных каналах , а также в лотках пучками, будет более четырех, то табличные значения максимального тока умножаются на поправочный коэффициенты: 0.68 при 5 и 6 проводниках, 0.63 – при 7-9, 0.6 – при 10-12. Сечения выбираются с учетом действия этого коэффициента. Результирующий ток выводится в колонке результатов как Imax для полученных сечений и представляет для выбранного проводника при выборе по нагреву максимальный ток по нагреву, при выборе по потерям и при паритете – максимальный по потерям, но не выше тока по нагреву.

Тепловые нагрузки приняты из расчета нагрева жил до 65°С при температуре окружающей среды +25 ° С.

При определении количества проводов , прокладываемых в одной трубе, нулевой рабочий провод четырехпроводной системы трехфазного тока (или заземляющий провод) в расчет не входит. Однофазные и двухфазные потребители питаются по двум проводам.

Поле учета температуры среды , основано на таблице 1.3.3 ПУЭ , которая применяется к другим видам кабелей. Однако учет этого параметра представляется благоразумным и для рассматриваемых видов. Если Вы считаете такую коррекцию излишней, то оставьте в этом поле значение “Авто” и оно не будет оказывать влияние на результат.

Тепловой расчет ведется на основании таблиц ПУЭ и ГОСТ 16442-80:

ПУЭ,1.3.4. “Допустимый длительный ток для проводов и шнуров с резиновой и поливинилхлоридной изоляцией с медными жилами”,

ПУЭ,1.3.5. “Допустимый длительный ток для проводов с резиновой и поливинилхлоридной изоляцией с алюминиевыми жилами”,

ПУЭ, Таблица 1.3.6. “Допустимый длительный ток для проводов с медными жилами с резиновой изоляцией в металлических защитных оболочках и кабелей с медными жилами с резиновой изоляцией в свинцовой, поливинилхлоридной, найритовой или резиновой оболочке, бронированных и небронированных”,

ПУЭ, Таблица 1.3.7. “Допустимый длительный ток для кабелей с алюминиевыми жилами с резиновой или пластмассовой изоляцией в свинцовой, поливинилхлоридной и резиновой оболочках, бронированных и небронированных”,

ПУЭ, Таблица 1.3.8. “Допустимый длительный ток для переносных шланговых легких и средних шнуров, переносных шланговых тяжелых кабелей, шахтных гибких шланговых, прожекторных кабелей и переносных проводов с медными жилами”,

ГОСТ 16442-80, Таблица 23. “Допустимые токовые нагрузки кабелей [с медными жилами] с изоляцией из полиэтилена и поливинилхлоридного пластиката, А”,

Читайте также:
Обои темных цветов в зале

ГОСТ 16442-80, Таблица 24. “Допустимые токовые нагрузки кабелей [с алюминиевыми жилами] с изоляцией из полиэтилена и поливинилхлоридного пластиката, А”.

Расчет по потерям ведется из расчета потерь на активном сопротивлении провода. Сечение и максимальная длина выбирается для тока с запасом, расчет потерь ведется по номинальному току. Максимально допустимое значение потерь указано в паспорте потребителя. Типовое значение – “-10%”, рекомендуемое для расчетов – “-5%”, для компрессоров кондиционеров допустимое значение потерь – “-2%”.
Потери в одно- и двухфазных цепях (потери на обоих проводах):

Δ[%] = (2 * I * L * ρ * 100) / (U * S)

в трехфазной (потери на одном (фазном) проводе):

Δ[%] = (I * L * ρ * 100) / (U * S)

В формулах приняты следующие обозначения:

I – ток в линии, А

U – номинальное напряжение, В

Δ[%] – потери напряжения на проводнике, %

L – длина линии в одном направлении, м

S – сечение проводника, мм 2

ρ – удельное сопротивление материала проводника, ом*мм 2 /м

cos(φ) – косинус сдвига фаз между током и напряжением, б/р

В случае, если на трассе имеются разнородные по виду проводки участки, расчет ведется по участку, расположенному в меню выше.

Токи для кабелей и шнуров малых сечений, отсутствующие в таблице в ПУЭ , получены путем экстраполяции.

При вводе пользователем рабочего напряжения автовыбор при смене фазности для потребителей “Двигатель” и “ТЭН, лампа” отменяется. Признаком введения напряжения и косинуса фи пользователем является отсутствие пробела перед значением и/или отличие от стандартных значений. Для возврата к автовыбору необходимо выбрать потребителя с указанным напряжением питания или вставить в поле ввода напряжения значений “400”, “230” или “12”.

При вводе тока нагрузки или мощности тот параметр, против которого нажата радиокнопка остается неизменным при изменении других влияющих на результат данных, таких как напряжение, косинус фи, фазность.

При проверке кабеля заданного сечения , находится ток через него, удовлетворяющий обоим условиям: при потерях меньше заданных – по нагреву, при равенстве – паритет. При потерях, превышающих заданные вычисляется ток, при котором потери остаются в допуске. При любом заданном сечении выбор по нагреву ведется только в пределах таблицы. Промежуточные сечения, т.е. не представленные в таблице по нагреву приводятся к ближайшему меньшему значению, по потерям принимаются равными введенным.

При проверке кабеля заданного сечения , коэффициент запаса применяется для снижения максимально допустимого тока, а длина трассы остается заданной. Потери вычисляются для заданной длины и максимально допустимого тока с запасом.

В режиме ” Расчет потерь и максимальных параметров линии “ программа вычисляет длины и потери по фактически введенным значениям сечения или диаметра, а тепловую нагрзку – по ближайшему меньшему сечению. Параметры, которые превышают допустимые, выводятся красным цветом.

Накопительные потери рассчитываются для нагрузок, которые включены в одну линию и распределены по ее длине. Для добавления потерь участка в общий результат нажмите кнопку “Добавить”. Для исключения последней строки из общего результата – нажмите “Удалить”. В таблице в колонку в колонку “I” заносится ток узла (сумма токов последующих узлов), во все остальные колонки – данные для указанного узла. Колонка “L” содержат длины каждого сегмента, “%” – реальные потери в каждом сегменте.
Ввод данных начинается с первого узла, последующие добавляются по мере необходимости.

Расчеты ведутся с определенной точностью и округляются, поэтому проходы вперед и назад в общем случае не абсолютно равны. Для обнуления результата нажмите кнопку “Сброс”. Сброс также производится, когда откат достигает нулевого узла.

Lost(%) = ((U0-Ui)/U0)*100

Номинал автоматического выключателя выбирается по одному из критериев:

  • Автомат по линии” – номинал автомата защиты берется ближайший меньший от максимально допустимого тока для проводника данного сечения. Если этот номинал ниже заданного рабочего тока нагрузки, то считается, что для данной комбинации сечения и нагрузки подобрать автомат нельзя.
  • Автомат по нагрузке” – номинал автомата защиты берется ближайший больший от заданного тока нагрузки. Если этот номинал выше максимально допустимого тока для проводника данного сечения, то считается, что для данной комбинации сечения и нагрузки подобрать автомат нельзя.

Попробуйте изменить коэффициент запаса, произведите расчеты в других режимах и/или для проводника следующего стандартного сечения или, ориентируясь на полученные токи, выберите автомат самостоятельно.

Характеристика автомата выбирается “B” для потребителей с cos(φ)=1 и “C” если он меньше 1.

Если у Вас двигатель с тяжелым режимом пуска, самостоятельно выберите характеристику “D”.

Полюсность автомата выбирается по фазности линии: “1р” – для однофазной нагрузки, “2р” – для нагрузки, подключенной к двум фазам, “3р” – для трехфазной нагрузки. Если Вам нужно отключать и ноль, то добавьте один полюс – “+N” – самостоятельно.

Расчет сопротивления ведется для одного проводника при трехфазной сети и для двух проводников для двух- и однофазной сетей.

Последнее изменение 22.10.2013 г.

Компания “Электромир” выражает благодарность в предоставлении данной формы Мирошко Леониду leonid@climate.com.ua

Данная версия также доступна на странице http://miroshko.kiev.ua/wiresel/wiresel_mini.html

Понравилась эта страница? Поделись ссылочкой с друзьями:

Расчет и выбор сечения проводников по нагреву.

Цель практического занятия: научиться рассчитывать номинальные токи электроприемников, выбирать сечения проводников по справочной литературе.

Сечение проводов и кабелей напряжением до 1 кВ по условию нагрева определяется в зависимости от расчетного тока нагрузки, из 2-х соотношений:

1. по условию нагрева длительным расчетным током (по таблицам ПУЭ)

I доп.проводника

где I доп. проводника– допустимый ток на стандартное сечение проводника

(ПУЭ таблицы 1.3.4 – 1.3.25)

Iр расчетный ток

КП коэффициент прокладки, учитывающий ухудшение охлаждения при

параллельной прокладке нескольких кабелей (ПУЭ табл. 1.3.26).

КТ поправочный температурный коэффициент, вводимый в формулу, если

температура воздуха отличается от 25ºС, а земли – от 15º С. При

нормальных условиях КТ = 1 (ПУЭ табл.1.3.3).

2. по условию соответствия выбранному аппарату максимально – токовой защиты, (таблица 2).

I доп.проводника kзащ ·Iзащ

где kзащ. – коэффициент защиты, т.е. отношение длительно – допустимого тока

провода или кабеля к номинальному току или току срабатывания

Читайте также:
Сколько стоит мансардное окно?

защитного аппарата – определяется в зависимости от назначения

принятого вида защиты, характера сети, изоляции проводов, кабелей

и условий их прокладки (см. табл.1).

Iзащ.. – номинальный ток или ток срабатывания защитного аппарата, А.

Iзащ. = Iв., если линия защищается предохранителем (Iв – ток

Iзащ = Iср.а, если линия защищается автоматом (Iср.а – ток

В данной практической работе выбор проводников производим только по 1-му условию.

Ток, который потребляют приемники, работая в длительном режиме с номинальной мощностью, в зависимости от характера нагрузки определяется по формулам:

1. Для всех видов приемников, имеющих в установке одиночный двигатель,

2. Для электроустановок многодвигательного привода,

3. Для электроустановок, не имеющих пускового тока (освещение, печи и т.д.),

4. Для электроустановок, заданных полной мощностью,

Пример. Определить марку и сечение проводников для питания трехфазного электродвигателя мощностью Рн = 16 кВт, напряжение сети 380 В, сos φ = 0,89; η = 88%; кз – коэффициент загрузки = 0,8. Помещение сырое. Совместно в земле проложены 3 кабеля, расстояние между ними 300 мм. Фактическая температура земли 20º С.

Решение.

1. Определяем номинальный ток Iном =

2. Определяем расчетный ток Iр = кз · Iном р = 0,8 · 31,1 = 24,9 А

3. Так как помещение сырое, то по таблице 2.6 [1] выбираем кабель типа

АВВГ – с алюминиевыми жилами, полихлорвиниловой (ПХВ) изоляцией и

ПХВ оболочкой, голый (без брони).

4. Так как число кабелей прокладываемых вместе = 3, а расстояние между

ними 300 мм, то принимаем по ПУЭ (табл. 1.3.26)

5. Так как расчетная температура земли 15º С, а фактическая 20º С (при

нормируемой температуре для кабелей 80º С), по табл. 1.3.3 ПУЭ определим

6. Определим расчетный ток с учетом коэффициентов КП и КТ

7. По таблице 1.3.7 (ПУЭ) для трехжильного кабеля с алюминиевыми жилами

с пластмассовой изоляцией, в ПХВ оболочке, проложенного в земле при

минимальном сечении жилы 2,5 мм 2 допустимый ток кабеля (I доп. проводника)

составляет 29 А.

Так как 29 А > 28,8 А, выбираем кабель АВВГ 3х2,5мм 2

Задание для самостоятельной работы:

1. Выбрать сечение проводника для своего варианта согласно таблице 1.

2. Отчет должен иметь титульный лист, наименование и цель работы и

оформлен согласно одному из разобранных примеров.

Таблица 1 (вариантов). Практическая работа № 2

№ вари- антаТип и мощность приемника, схема соединений, кзаг = 1Тип помещенияU, ВТип провод- ника,Количество прокладываемых вместе кабелей, или проводов, шт. и расстояние между ними, ммcosφη, %Вид и температура среды, ºС
1,11АД, 5кВтсыроепровод0,9земля,5
2,12АД, 10кВтвзр.опасн.кабель2, 1000,91воздух,10
3,13АД, 15кВтпож.опасн.кабель3, 2000,92земля, 15
4,14АД, 20кВтсухое.кабель4, 3000,93воздух,20
5,15АД, 25кВтсыроекабель5, 1000,94земля, 25
6,16АД, 30кВтсыроекабель6, 2000,9земля,30
7,17АД, 35кВтвзр.опасн.кабель1, 3000,91воздух,35
8,18АД, 40кВтпож.опасн.провод2,1000,92земля, 40
9,19АД, 45кВтсухое.кабель3, 2000,93воздух,45
10,20АД, 50кВтсыроекабель4, 3000,94земля, 50

Таблица 2.Предельно допустимое соотношение между уставкой или плавкой вставкой аппарата защиты и длительно допустимой токовой нагрузкой I доп. проводника, защищаемого от токов к.з., и от перегрузки.

(ПУЭ 3.1.9-3.1.11). Практическая работа № 2

Ток и тип защитного аппаратаДопустимые соотношения тока сети, Кзащ =
Защита от перегрузки обязательнаЗащита только от к.з.
Проводники с резиновой и аналогичной по тепловым характеристикам изоляциейКабели с бумажной изоляцией
жилые и общественные здания, взрыво- и пожароопасные помещенияневзрыво – и непожароопасные производственные помещения промпредприятий
Номинальный ток плавкой вставки предохранителей Номинальный ток расцепителя автоматического выключателя с нерегулируемой обратнозависящей от тока характеристикой (независимо от наличия отсечки) Ток трогания расцепителя автомата с регулируемой обратно- зависящей от тока характеристикой Ток уставки автомата, имеющего только максимальный, мгновенно действующий расцепитель (отсечку)Iв ≤ 0,8 I доп. I н. ≤ I доп. I т. ≤ I доп. I у ≤ 0,8 I доп.Iв ≤ I доп. I н. ≤ I доп. I т. ≤ I доп. I у ≤ I доп.Iв ≤ I доп. I н. ≤ I доп. I т. ≤ 1,25I доп. I у ≤ I доп.Iв ≤ 3I доп.. I н. ≤ Iдоп. I т. ≤ 1,25 I доп. I о ≤ 4,5Iдоп.

Примечание. Так как шкала уставок аппаратов защиты не совпадает со шкалой допустимых токовых нагрузок проводников, ПУЭ разрешает принимать проводники ближайшего меньшего сечения, но не менее требуемого по расчетному току. Автоматические выключатели с комбинированными расцепителями проверяют по тепловому расцепителю.

РАСЧЕТ ПРОВОДОВ

Расчет проводов

Электрические провода и сети должны; 1) обеспечить безопасность в пожарном отношении и в отношении жизни людей; 2) быть надежными в отношении бесперебойного снабжения электроэнергией; 3) обеспечить высокое качество энергии, определяемое малым отклонением подводимого к приемникам напряжения от номинального напряжения приемника; 4) быть дешевыми. Выполнение первого условия обеспечивается правильным выбором сечения проводов по условию допустимого нагревания их, правильным выбором плавких предохранителей, а также выбором изоляции проводов, определяемой его маркой.

Рис. 19-31. Линия с тремя нагрузками.

Второе условие выполняется достаточной механической прочностью проводов неправильным выбором плавкого предохранителя.

Выполнение третьего условия обеспечивается выбором сечения проводов по условию допустимой потери напряжения.

Расчет проводов имеет цель правильного выбора проводов.

Определение сечения проводов по допустимому нагреву

Для определен и я сечения проводов необходимо знать длины участков проводов и нагрузки на этих участках.

Нагрузка определяется мощностью или при неизменном номинальном напряжении соответствующим током.

При расчете проводов пользуются понятиями: 1) номинальная мощность Рн — указанная на приемнике 2) установленная мощность Ру — сумма номинальных мощностей установленных приемников; 3) р а -счетная мощность Рр — Мощность, по которой производится расчет.

Перечисленным мощностям соответствуют токи: Iн, I у, Iр, которым присваиваются те же дополнительные названия.

Практически никогда не включаются одновременно все приемники энергии, а двигатели, кроме того, не все время загружены полностью, поэтому при расчете исходят не из установленной, мощности, а из той части ее Рр которая может одновременно использоваться потребителем.

Отношение расчетной мощности к установленной принято называть коэффициентом спроса

При осветительной нагрузке: а) для сетей наружного освещения Ʀс = 1; б) для сетей бытового освещения Ʀс = 0,7 ÷ 0,8; в) для сетей промышленных предприятий Ʀс = 0,7 ÷ 0,9.

При осветительной нагрузке расчетный ток для цепей однофазного переменного тока и для постоянного тока, а для цепей трехфазного тока

При силовой нагрузке для цехов холодной обработки Металлов в зависимости от числа установленных электродвигателей коэффициент спроса имеет ориентировочные значения, указанные в табл. 19-2.

Коэффициент спроса в зависимости от числа двигателей

Номинальный ток двигателя постоянного тока

а двигателя трехфазного тока

где η — к. п.д. В электродвигателя.

Значения η и cosφ для двигателей берутся из справочников или каталогов. При ориентировочных расчетах для двигателей небольшой мощности до 10—12 квт величину произведения η cosφ можно считать равной 0,7—0,8. Расчетный ток двигателей

Определение сечения проводов по допустимому нагреву их производится обычно по таблице, в которой для стандартных сечений различных марок проводов даются предельные длительные допустимые токи (Iл).

Допустимый ток провода должен быть не меньше расчетного, т.е.

Таким образом, выбирается провод того сечения, допусти мый ток которого равен расчетному или несколько больше.

Выбранное сечение провода необходимо проверить по току плавкой вставки и по допустимой относительной потере напряжения.

Выбор плавких вставок предохранителей

Плавкие вставки предохранителей предназначены для защиты проводов от токов короткого замыкания и больших перегрузок.

I При прохождении токов выше расчетного плавкая вставка должна перегореть.

При выборе плавкой вставки исходят из трех условий: 1. Номинальный ток плавкой вставки Iвст должен быть равен или больше расчетного тока защищаемого участка линии, т. е.

Например, если Iр = 30 а, то по шкале номинальных токов плавких вставок (табл. 19-4) выбираем ближайший номинальный ток вставки Iвст = 35 а.

2. Номинальный ток плавкой вставки Iвст должен быть равен или больше величины пускового тока, уменьшенного в 2,5 раза для защищаемого участка линии, к которой присоединен один короткозамкнутый электродвигатель, т. е.

Например, если; I пуск = 200а, то

I вст ≥ 200/2,5 = 80 а.

Ближайший номинальный ток плавкой вставки

Номинальный ток плавкой вставки для линии, к которой присоединено несколько короткозамкнутых электродвигателей, производится, по формуле

где Iпуск — пусковой ток того двигателя, который имеет больший пусковой ток; Iр — расчетный ток линии без учета того двигателя, который имеет больший пусковой ток. Выбирают плавкую вставку с большим током Iвст, найденным из условий 1 и 2.

Плавкая вставка, найденная по пусковому току, защищает линию от недопустимо больших кратковременных пусковых токов; для того чтобы плавкая вставка защищала линию и от длительных перегрузок, должно быть выполнено условие .

3. При выборе плавких вставок предохранителей, последовательно установленных в сети, каждую следующую вставку, считая от приемника, следует выбирать на одну ступень выше по шкале стандартных токов плавких вставок . В этом случае обеспечивается селективная (избирательная) работа предохранителей, т. е. предохранитель будет отключать только тот участок на котором произойдет короткое. Предохранитель должен устанавливаться в начале участка (считая по направлению движения энергии), так как только в этом случае он может защищать свой участок.

Выбор сечения проводов по допустимой потере напряжения

Потерей напряжения называется арифметическая разность напряжений в начале и конце линии

Часто потерю напряжения выражают в процентах от напряжения в начале линии, называя ее относительной потерей напряжения

ε =∆U/U 100%.

Допустимая относительная потеря напряжения на участке от подстанции до потребителя для осветительной нагрузки составляет 2—3%, а для силовой 4—6%.

Формула для определения сечения проводов

S = 2Il/γ∆U

Заменив ∆U относительной потерей напряжения, получим

S = (2 • 100Il)/γεU

или, умножив и разделив на U, придадим формуле другой вид

S = (2 • 100Рl)/γεU 2

Из последнего выражения следует, что

ε = (2 • 100Рl)/γSU 2

По формулам определяют сечение проводов линии с нагрузкой на конце ее по заданной относительной потере напряжения или соответственно определяют относительную потерю напряжения в линиях по заданному сечению проводов.

Эти формулы можно применять для постоянного тока, для однофазного переменного и для трехфазного тока, в этом последнем случае напряжение U является линейным напряжением, т. е. = Uл, а мощность Р — активной мощностью трехфазной нагрузки.

Если линий, получающая энергию от питательного пункта А (рис. 19-31), имеет несколько нагрузок в разных точках ее, то при одинаковом сечении и материале всех участков линии определение сечения проводов производится по формуле

S = (2 • 100(P1l1 + P2l2 + P3l3 + …))/γεU 2 = (2 • 100ΣPl)/γεU 2

а относительная потеря напряжения

ε = (2 • 100(P1l1 + P2l2 + P3l3 + …))/γSU 2 = (2 • 100ΣPl)/γSU 2

Две последние формулы отличаются от предыдущих тем, что выражение Рl — произведения нагрузки Р и длины линии l, называемое моментом нагрузки, заменено суммой моментов нагрузок (рис. 19-31). Сечения проводов, найденные из условий допустимого нагрева удовлетворяющие требованиям в отношении допустимой потери напряжения, проверяются по условия механической прочности по табл. 19-5.

Шнуры и легкие шланговые провода для подвесных, настольных и других светильников

Провода в среднем и тяжелом шланге для

Статья на тему Расчет проводов

Похожие страницы:

ДВУХПРОВОДНАЯ ЛИНИЯ Электрическая энергия от генератора к потребителю передается по проводам. Устройство, состоящее из прямого и обратного проводов, изоляторов и.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПРОВОДОВ С ТОКАМИ По двум параллельным прямолинейным проводам, находящимся на расстоянии а друг от друга, проходят токи I1и I2 (рис. 3-9). Вокруг каждого провода.

Кадмий (Cadmium) Ат. вес 112,41. По своим свойствам кадмий очень сходен с цинком и постоянно сопровождает его в природных соединениях.

ЗАКОН ПОЛНОГО ТОКА Что такое полный ток – это сумма токов (алгебраической сумме токов), которая проходит через ограниченную замкнутым контуром.

ЗАВИСИМОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ Повышение температуры металлического проводника вызывает увеличение числа столкновений свободных элек­тронов с атомами, вследствие чего уменьшается.

Электропроводность растворов Хорошими проводниками электрического тока, помимо металлов, являются расплавленные соли и основания. Способностью проводить ток обладают также водные растворы.

Как рассчитать необходимое сечение провода по мощности нагрузки?

При ремонте и проектировании электрооборудования появляется необходимость правильно выбирать провода. Можно воспользоваться специальным калькулятором или справочником. Но для этого необходимо знать параметры нагрузки и особенности прокладки кабеля.

Для чего нужен расчет сечения кабеля

К электрическим сетям предъявляются следующие требования:

  • безопасность;
  • надежность;
  • экономичность.

Если выбранная площадь поперечного сечения провода окажется маленькой, то токовые нагрузки на кабели и провода будут большими, что приведет к перегреву. В результате может возникнуть аварийная ситуация, которая нанесет вред всему электрооборудованию и станет опасной для жизни и здоровья людей.

Как рассчитать необходимое сечение провода по мощности нагрузки?

Если же монтировать провода с большой площадью поперечного сечения, то безопасное применение обеспечено. Но с финансовой точки зрения будет перерасход средств. Правильный выбор сечения провода — это залог длительной безопасной эксплуатации и рационального использования финансовых средств.

Правильному подбору проводника посвящёна отдельная глава в ПУЭ: «Глава 1.3. Выбор проводников по нагреву, экономической плотности тока и по условиям короны».

Осуществляется расчет сечения кабеля по мощности и току. Рассмотрим на примерах. Чтобы определить, какое сечение провода нужно для 5 кВт, потребуется использовать таблицы ПУЭ ( «Правила устройства электроустановок«). Данный справочник является регламентирующим документом. В нем указывается, что выбор сечения кабеля производится по 4 критериям:

  1. Напряжение питания (однофазное или трехфазное).
  2. Материал проводника.
  3. Ток нагрузки, измеряемый в амперах (А), или мощность — в киловаттах (кВт).
  4. Месторасположение кабеля.

В ПУЭ нет значения 5 кВт, поэтому придется выбрать следующую большую величину — 5,5 кВт. Для монтажа в квартире сегодня необходимо использовать провод из меди. В большинстве случаев установка происходит по воздуху, поэтому из справочных таблиц подойдет сечение 2,5 мм². При этом наибольшей допустимой токовой нагрузкой будет 25 А.

В вышеуказанном справочнике регламентируется ещё и ток, на который рассчитан вводный автомат (ВА). Согласно «Правилам устройства электроустановок«, при нагрузке 5,5 кВт ток ВА должен равняться 25 А. В документе указано, что номинальный ток провода, который подходит к дому или квартире, должен быть на ступень больше, чем у ВА. В данном случае после 25 А находится 35 А. Последнюю величину и необходимо брать за расчетную. Току 35 А соответствуют сечение 4 мм² и мощность 7,7 кВт. Итак, выбор сечения медного провода по мощности завершен: 4 мм².

Чтобы узнать, какое сечение провода нужно для 10 кВт, опять воспользуемся справочником. Если рассматривать случай для открытой проводки, то надо определиться с материалом кабеля и с питающим напряжением.

Например, для алюминиевого провода и напряжения 220 В ближайшая большая мощность будет 13 кВт, соответствующее сечение — 10 мм²; для 380 В мощность составит 12 кВт, а сечение — 4 мм².

Выбираем по мощности

Перед выбором сечения кабеля по мощности надо рассчитать ее суммарное значение, составить перечень электроприборов, находящихся на территории, к которой прокладывают кабель. На каждом из устройств должна быть указана мощность, возле нее будут написаны соответствующие единицы измерения: Вт или кВт (1 кВт = 1000 Вт). Затем потребуется сложить мощности всего оборудования и получится суммарная.

Если же выбирается кабель для подключения одного прибора, то достаточно информации только о его энергопотреблении. Можно подобрать сечения провода по мощности в таблицах ПУЭ.

Таблица 1. Подбор сечения провода по мощности для кабеля с медными жилами

Сечение токопроводящей жилы, мм²Для кабеля с медными жилами
Напряжение 220 ВНапряжение 380 В
Ток, АМощность, кВтТок, АМощность, кВт
1,5194,11610,5
2,5275,92516,5
4388,33019,8
64610,14026,4
107015,45033
168518,77549,5
2511525,39059,4
3513529,711575.9
5017538.514595,7
7021547,3180118,8
9526057,2220145,2
12030066260171,6

Таблица 2. Подбор сечения провода по мощности для кабеля с алюминиевыми жилами

Сечение токопроводящей жилы, мм²Для кабеля с алюминиевыми жилами
Напряжение 220 ВНапряжение 380 В
Ток, АМощность, кВтТок, АМощность, кВт
2,5204,41912,5
4286,12315,1
6367,93019,8
105011,03925,7
166013,25536,3
258518,77046,2
3510022,08556,1
5013529,711072,6
7016536,314092,4
9520044,0170112,2
12023050,6200132,2

Кроме того, надо знать напряжение сети: трехфазной соответствует 380 В, а однофазной — 220 В.

В ПУЭ дана информация и для алюминиевых, и для медных проводов. У обоих есть свои преимущества и недостатки. Достоинства медных проводов:

  • высокая прочность;
  • упругость;
  • стойкость к окислению;
  • электропроводность больше, чем у алюминия.

Недостаток медных проводников — высокая стоимость. В советских домах использовалась при постройке алюминиевая электропроводка. Поэтому если происходит частичная замена, то целесообразно поставить алюминиевые провода. Исключение составляют только те случаи, когда вместо всей старой проводки (до распределительного щита) устанавливается новая. Тогда есть смысл применять медь. Недопустимо, чтобы медь с алюминием контактировали напрямую, т. к. это приводит к окислению. Поэтому для их соединения используют третий металл.

Как рассчитать необходимое сечение провода по мощности нагрузки?

Можно самостоятельно произвести расчет сечения провода по мощности для трехфазной цепи. Для этого надо воспользоваться формулой: I=P/(U*1.73), где P — мощность, Вт; U — напряжение, В; I — ток, А. Затем из справочной таблицы выбирается сечение кабеля в зависимости от рассчитанного тока. Если же там не будет необходимого значение, тогда выбирается ближайшее, которое превышает расчетное.

Как рассчитать по току

Величина тока, проходящего через проводник, зависит от длины, ширины, удельного сопротивления последнего и от температуры. При нагревании электрический ток уменьшается. Справочная информация указывается для комнатной температуры (18°С). Для выбора сечения кабеля по току используют таблицы ПУЭ (ПУЭ-7 п.1.3.10-1.3.11 ДОПУСТИМЫЕ ДЛИТЕЛЬНЫЕ ТОКИ ДЛЯ ПРОВОДОВ, ШНУРОВ И КАБЕЛЕЙ С РЕЗИНОВОЙ ИЛИ ПЛАСТМАССОВОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ).

Таблица 3. Электрический ток для медных проводов и шнуров с резиновой и ПВХ-изоляцией

Площадь сечение проводника, мм²Ток, А, для проводов, проложенных
открытов одной трубе
двух одножильныхтрех одножильныхчетырех одножильныходного двухжильногоодного трехжильного
0,511
0,7515
1171615141514
1,2201816151614,5
1,5231917161815
2262422202319
2,5302725252521
3343228262824
4413835303227
5464239343731
6504642404034
8625451464843
10807060505550
161008580758070
251401151009010085
35170135125115125100
50215185170150160135
70270225210185195175
95330275255225245215
120385315290260295250
150440360330
185510
240605
300695
400830

Для расчета алюминиевых проводов применяют таблицу.

Таблица 4. Электрический ток для алюминиевых проводов и шнуров с резиновой и ПВХ-изоляцией

Площадь сечения проводника, мм²Ток, А, для проводов, проложенных
открытов одной трубе
двух одножильныхтрех одножильныхчетырех одножильныходного двухжильногоодного трехжильного
2211918151714
2,5242019191916
3272422212218
4322828232521
5363230272824
6393632303126
8464340373832
10605047394238
16756060556055
251058580707565
3513010095859575
50165140130120125105
70210175165140150135
95255215200175190165
120295245220200230190
150340275255
185390
240465
300535
400645

Для примерного расчета сечения кабеля по току его надо разделить на 10. Если в таблице не будет полученного сечения, тогда необходимо взять ближайшую большую величину. Это правило подходит только для тех случаев, когда максимально допустимый ток для медных проводов не превышает 40 А. Для диапазона от 40 до 80 А ток надо делить на 8. Если устанавливают алюминиевые кабели, то надо делить на 6. Это объясняется тем, что для обеспечения одинаковых нагрузок толщина алюминиевого проводника больше, чем медного.

Расчет сечения кабеля по мощности и длине

Длина кабеля влияет на потерю напряжения. Таким образом, на конце проводника напряжение может уменьшиться и оказаться недостаточным для работы электроприбора. Для бытовых электросетей этими потерями можно пренебречь. Достаточно будет взять кабель на 10-15 см длиннее. Этот запас израсходуется на коммутацию и подключение. Если концы провода подсоединяются к щитку, то запасная длина должна быть еще больше, т. к. будут подключаться защитные автоматы.

При укладке кабеля на большие расстояния приходиться учитывать падение напряжения. Каждый проводник характеризуется электрическим сопротивлением. На данный параметр влияют:

  1. Длина провода, единица измерения — м. При её увеличении растут потери.
  2. Площадь поперечного сечения, измеряется в мм². При её увеличении падение напряжения уменьшается.
  3. Удельное сопротивление материала (справочное значение). Показывает сопротивление провода, размеры которого 1 квадратный миллиметр на 1 метр.

Падение напряжения численно равняется произведению сопротивления и тока. Допустимо, чтобы указанная величина не превышала 5%. В противном случае надо брать кабель большего сечения. Алгоритм расчета сечения провода по максимальной мощности и длине:

  1. В зависимости от мощности P, напряжения U и коэффициента cosф находим ток по формуле: I=P/(U*cosф). Для электросетей, которые используются в быту, cosф = 1. В промышленности cosф рассчитывают как отношение активной мощности к полной. Последняя состоит из активной и реактивной мощностей.
  2. С помощью таблиц ПУЭ определяют сечение провода по току.
  3. Рассчитываем сопротивление проводника по формуле: Rо=ρ*l/S, где ρ — удельное сопротивление материала, l — длина проводника, S — площадь поперечного сечения. Необходимо учесть ток факт, что ток идет по кабелю не только в одну сторону, но и обратно. Поэтому общее сопротивление: R = Rо*2.
  4. Находим падение напряжения из соотношения: ΔU=I*R.
  5. Определяем падение напряжения в процентах: ΔU/U. Если полученное значение превышает 5%, тогда выбираем из справочника ближайшее большее поперечное сечение проводника.

Открытая и закрытая прокладка проводов

В зависимости от размещения проводка делится на 2 вида:

Сегодня в квартирах монтируют скрытую проводку. В стенах и потолках создаются специальные углубления, предназначенные для размещения кабеля. После установки проводников углубления штукатурят. В качестве проводов используют медные. Заранее всё планируется, т. к. со временем для наращивания электропроводки или замены элементов придется демонтировать отделку. Для скрытой отделки чаще используют провода и кабели, у которых плоская форма.

При открытой прокладке провода устанавливают вдоль поверхности помещения. Преимущества отдают гибким проводникам, у которых круглая форма. Их легко установить в кабель-каналы и пропустить сквозь гофру. Когда рассчитывают нагрузку на кабель, то учитывают способ укладки проводки.

Определение площади сечения проводника по его диаметру

Как выбрать автоматический выключатель по мощности и току нагрузки?

Как рассчитать падение напряжения по длине кабеля в электрических сетях

Какая проводка лучше — сравнение медной и алюминиевой электропроводки

Сколько электроэнергии потребляют бытовые приборы, способы вычисления, таблица

Ссылка на основную публикацию